التكنيций: العنصر الاصطناعي الأول الذي أنقذ ملايين الأرواح

في جدول الدوري لدmitriy ivanovich mendeleev، هناك خلية تحت الرقم 43. ظلت هذه الخلية فارغة لسنوات عديدة. لم يكن السبب في صعوبة استخراجه، بل في طبيعة هذا المادة: لم يكن يمكن أن يبقى هذا المادة على الأرض منذ تشكيلها. اليوم نعرف هذا المادة كالتكنيций - أول عنصر تم إنشاؤه اصطناعيًا، و في نفس الوقت عنصر ينجذب يوميًا الآلاف من الأرواح في المستشفيات في جميع أنحاء العالم.

التكنيций هو العنصر الوحيد أخف من القصدير و لا يوجد له نظائر مستقرة. مكانة في الجدول هي انتصار للقوة التنبؤية للعلم و في نفس الوقت تذكير بابتكار الإنسان.

الخلية 43: النبوءة لمendeleyev

في عام 1869، عندما قدم دmitriy ivanovich mendeleev جدوله الدوري للعالم، كان فيه 63 عنصرًا و بعض المساحات الفارغة. لم يكن يترك فقط الفراغات - بل كان يتنبأ بخصائص المواد التي لم تُكتشف بعد. بالنسبة للعنصر تحت الرقم 43، الذي كان يقع تحت المanganese في المجموعة السابعة، تنبأ العلماء بخصائصه و أطلقوا عليه اسم «إيكا-مارغنيسيوم» (من اللغة السانسكريتية «إيكا» - واحد).

في العقود التالية، بحث الكيميائيون عن العنصر المفقود في معادن المانجنيز، المعادن و بقايا الإنتاج الكيميائي المعقد. كانت هناك تصريحات صاخبة عن اكتشاف: كان يُدعى العنصر «إلمينيوم»، «نيبونيوم»، «لوريوم». ومع ذلك، لم يثبت أي منها. اليوم نعرف لماذا: التكنيций إشعاعي، و أطول نظائره المستقرة من حيث فترة النصف العمر حوالي 4 ملايين عام قد اختفت من القشرة الأرضية منذ تشكيلها.

لماذا «التكنيций»؟ أصل الاسم الاصطناعي

أخذ العنصر اسمه من الكلمة اليونانية «τεχνητός» (technetos)، التي تعني «اصطناعي». و كان الاسم نبوءة في غاية الدقة: أصبح التكنيций أول عنصر كيميائي تم الحصول عليه اصطناعيًا وليس من المواد الخام الطبيعية.

تاريخ الاكتشاف: لوحة الموليبدينوم من بيركلي

في عام 1937، كان الفيزيائي الإيطالي إميليو سيغري يعمل في الولايات المتحدة، في مختبر ernest lawrence — مخترع المفاعل. لاحظ سيغري على غرار الإشعاع الراديو لجزء من قطعة المفاعل المستخدمة في تسريع الدقائق المشعة — لوحة الموليبدينوم.

توقع العلماء أن يكون هناك عنصر جديد برقم 43 تم إنشاؤه في الموليبدينوم (رقم الذرية 42) نتيجة تفاعلات النواة. أخذ الفولية معه إلى_palermo، حيث أجرى سلسلة من العمليات الكيميائية المعقدة مع عالم الجيولوجيا كارلو بيرري. تمكنوا من استخراج العنصر الإشعاعي الجديد في كميات قليلة، لكنها نظيفة.

الخصائص الأساسية: الأكثر خفة من بين العناصر بدون نظائر مستقرة

التكنيций هو الأكثر خفة في جدول الدوري، و لا يوجد له نظائر مستقرة. أشهر أشكاله: Tc-97 (فترة النصف العمر 2.6 مليون عام)، Tc-98 (4.2 مليون عام) و أكثر نظائره إتاحة — Tc-99 (فترة النصف العمر 211000 عام).

على الرغم من ذلك، هناك تكنيций طبيعي في الأرض. في كميات ضئيلة، تتراوح بين 1 نانوغرام في كل طن من معادن اليورانيوم. يوجد في أي وقت حوالي 18000 طن من التكنيций في القشرة الأرضية — لكن هذا المعدن «ذاب» في كميات هائلة من الصخور.

الخصائص غير المتوقعة: من الموصلية الفائقة إلى الكоварية الكيميائية

الخصائص الفيزيائية. التكنيций هو معدن أبيض-أزرق من الفئيلة الانتقالية. شبكة كريستاله في الظروف القياسية هي مزدوجة الجانب، وهو قابل للخياطة و قابل للتمدد. من المدهش، لكنه يصبح موصلًا عند درجات حرارة منخفضة.

التنوع الكيميائي. يُظهر التكنيций درجات أكسدة من -1 إلى +7، و هي أكثر استقرارًا في شكل التكنيقي السبعة (Tc⁷⁺). ومع ذلك، يقارن الكيميائيون بهذه المادة بالرينيوم. هذه التنوع تخلق مشاكل خطيرة في معالجة النفايات النووية المستخدمة: تفاعلات الأكسدة-الاختزال غير المتوقعة التي تشمل التكنيقي تجعل من الصعب تقسيم اليورانيوم والبلوتونيوم.

التطبيق الرئيسي اليوم: الطب النووي و التكنيقي-99m

اليوم، يتم استخراج معظم التكنيقي من نفايات الصناعة النووية — من قضبان الوقود المستخدمة في مفاعلات المفاعلات النووية. يصل توفير نظير Tc-99 عند تقسيم اليورانيوم-235 إلى حوالي 6 بالمئة. ومع ذلك، ليس Tc-99 الطويل العمر هو الذي يثير الاهتمام، بل نظيره النووي القصير العمر — Tc-99m (m يعني حالة مستقرة، حالة نووية متحمسة) بفترة النصف العمر فقط 6 ساعات.

هذا النظير هو واحد من الكواكب الأساسية في الطب النووي. يتم إنتاج الأدوية الإشعاعية على أساسه لتحديد الأورام السرطانية، تقييم تدفق الدم في القلب و دراسة وظائف العديد من الأعضاء الداخلية. المبدأ هو: يُطلق على النظير Tc-99m يُطلق على النظير Tc-99m ذبذبات غاما، التي يمكن تسجيلها بسهولة باستخدام الكاميرات الخاصة. يتم إدخال النظير في الجسم (غالبًا في شكل مركب مع جزيئات جذابة للأنسجة المحددة) ويُرسل إشارة تسمح للأطباء «رؤية» الورم أو نتوء الالتهاب أو منطقة الشدة في عضلة القلب.

فترة النصف العمر القصيرة للنظير الإشعاعي تسمح بالحصول على صورة دقيقة وسريعة لإزالة المادة من الجسم، مما يقلل من الضرر الإشعاعي. يتم إجراء أكثر من 20 مليون عملية تشخيصية في العالم سنويًا باستخدام التكنيقي. في روسيا، تقوم شركات فرع العلمي في rostatom بإنتاج مولدات التكنيقي-99m.

الخطر والبيئة: النفايات الطويلة العمر

يُعتبر التكنيقي الطويل العمر Tc-99 (T_1/2 = 211000 عام) مشكلة بيئية خطيرة. يصل محتواه في النفايات النووية المستخدمة إلى مئات الغرامات في كل طن. هذا النظير متحرك في البيئة المحيطة و يمكن أن يتراكم في الكائنات الحية. لذلك، إن захоронته Tc-99 هو أحد المهام في إنشاء مخازن النفايات الإشعاعية.

مستقبل العنصر: الكاتاليزاتورات، الموصلات الفائقة وأدوية إشعاعية جديدة

اليوم يظل التكنيقي عنصرًا ناريًا لكنه مهم للغاية في الطب التشخيصي. ومع ذلك، قدرة التكنيقي أوسع. التكنيقي هو مادة واعدة لصنع الكاتاليزاتورات (مثل تحرير المركبات العضوية) و مكونات الموصلات الفائقة عالية الحرارة. كما يطور الكيميائيون طرق لالتقاط التكنيقي من النفايات الإشعاعية السائلة باستخدام السبورة و مركبات جديدة للطب الإشعاعي الموجه، بما في ذلك التيرانوستيك (التشخيص والمعالجة في نفس الجزيء).

من المحتمل ظهور طرق جديدة لاستخراج Tc-99m من منتجات المفاعلات و المولدات، مما يجعل التشخيص أكثر إمكانية. كما هو من المحتمل استخدام نظير Tc-99 في بطاريات النووية للآلات التي تعمل لعقود بدون شحن.

Permanent link to this publication: